高強  陳振華  沈光霽  姜艷華 冷有全  莊楠  馬霖  劉振斌 

中國石油管道公司

摘要：凍土區管道陰極保護、3PE防腐層的剝離、區域陰極保護運行維護、長(cháng)輸埋地保溫管道的腐蝕控制等是管道腐蝕防護中的難點(diǎn)問(wèn)題。結合腐蝕防護實(shí)踐經(jīng)驗，分析了問(wèn)題原因，介紹了相關(guān)措施和防護要點(diǎn)；提出了當前急需提升的技術(shù)領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：油氣管道；陰極保護；3PE防腐層；保溫層腐蝕；展望

腐蝕已成為油氣管道失效的第二大致因，嚴重威脅管道的安全運行。美國管道安全局調查顯示，美國45%的管道退役是由于外腐蝕嚴重造成的。隨著(zhù)管道建設大發(fā)展和外部環(huán)境的變化，腐蝕問(wèn)題也呈現出多樣化，對管道腐蝕防護工作提出了新的挑戰。筆者結合中石油管道公司近年來(lái)腐蝕與防護工作中存在的主要問(wèn)題及相關(guān)經(jīng)驗進(jìn)行了歸納和總結。

1  油氣管道腐蝕與防護的難點(diǎn)問(wèn)題

1.1  凍土區管道陰極保護運行維護

漠大原油管道（漠大線(xiàn)）穿越我國北方高寒凍土區，沿線(xiàn)分布有季節性?xún)鐾梁蛵u狀多年凍土，土壤結構及其隨季節變化特別復雜，對管道陰極保護的運行維護帶來(lái)了較大的影響。漠大線(xiàn)在一年中土壤電阻率變化區間為50～10000 Ω▪m。在常年凍土區內，較高的土壤電阻率會(huì )對陰極保護電流造成屏蔽；在季節性?xún)鐾羺^內，管道沿線(xiàn)土壤成分、含水量及凍結深度的不同，導致沿線(xiàn)的土壤差異較大，造成陰極保護電流分布不均勻。

此外，季節的變化還會(huì )引起陰極保護系統回路電阻變化較大，系統的運行參數設置也需要隨之改變；在冬季低溫條件下，常溫型的硫酸銅參比電極會(huì )出現結冰而發(fā)生電位漂移，最大電位漂移達到400 mV，嚴重影響恒電位儀的運行。中石油管道分公司借鑒國外凍土區管道運行管理的相關(guān)經(jīng)驗，制定了多年凍土區陰極保護運行維護規范，用于指導凍土區陰極保護的運行和評價(jià)。開(kāi)發(fā)了性能穩定的防凍型參比電極，設計了低溫型陰極保護自動(dòng)采集系統，用于冬季管道保護電位數據采集；明確了凍土區管道陰極保護電源設備、輔助陽(yáng)極及附屬設施及的維護要求，規定了系統參數測量?jì)热莺皖l次。

1.2  3PE防腐層的剝離

3PE防腐層因其具有優(yōu)良的絕緣性能和抗機械損傷性能，已成為我國埋地鋼質(zhì)管道防腐層的主流。然而，近幾年國內外均發(fā)現了3PE防腐層剝離的問(wèn)題。2010年，墨西哥國家石油公司對一條僅運行5年的3PE防腐層管道的調查時(shí)發(fā)現，13處管段中有12處管段存在3PE剝離，主要位于管體與FBE底漆界面。3PE防腐層剝離通常是大面積的，其形式大多表現為：防腐層外觀(guān)良好，用小刀將其劃透后，防腐層自動(dòng)從管體剝離，僅有少數粉末或無(wú)粉末留存，鋼管表面無(wú)腐蝕。然而，防腐層一旦剝離破損就可能出現兩種極端情況。一是大面積剝離，進(jìn)水，此時(shí)管道會(huì )大面積暴露在電解質(zhì)環(huán)境中，導致管道難以得到充分的保護；二是，剝離導致陰極保護電流屏蔽，形成閉塞腐蝕電池，有自催化特征，對管線(xiàn)的危害極大。

對于3PE防腐層剝離的原因，目前尚未定論。美國交通運輸部的一項研究表明：殘余應力是導致3PE防腐層失效的主要因素；導致熔結環(huán)氧粉末底漆與鋼材之間粘結力降低的原因包括：鋼材表面預處理不當；涂料涂覆工藝不當；環(huán)氧粉末底漆配方不當等。國內針對3PE防腐層剝離的問(wèn)題正在研究探索階段。對于3PE防腐層剝離檢測，也沒(méi)有針對性的手段，這也是國內外業(yè)界的一致性難題。目前，主要依賴(lài)于開(kāi)挖調查發(fā)現3PE防腐層的剝離失效問(wèn)題。

1.3  區域陰極保護中的運行維護

目前，中石油管道分公司的新建站場(chǎng)都安裝了區域陰極保護系統，一些老站場(chǎng)也在陸續增補。站場(chǎng)區域陰極保護設計、施工和運行維護比干線(xiàn)管道要復雜得多。由于站場(chǎng)埋地金屬結構物復雜，接地系統龐大，干擾屏蔽問(wèn)題突出，嚴重影響區域陰極保護的應用效果。2013年至2016年，我公司開(kāi)展了站場(chǎng)區域陰極保護有效性評價(jià)專(zhuān)項工作，發(fā)現了區域陰極保護系統中的一些共性問(wèn)題。

（1）保護電位分布不均，有時(shí)甚至同時(shí)存在過(guò)保護和欠保護的問(wèn)題；

（2）多回路系統及站外陰極保護系統之間的干擾，導致系統輸出異常（見(jiàn)圖1）；

（3）埋地金屬結構物密集區域內的電流屏蔽；

（4）站內測試點(diǎn)的電位無(wú)法全面反映站內各區域管道的保護狀況；

（5）柔性陽(yáng)極斷路的問(wèn)題。由于站內埋地金屬物結構復雜，且柔性陽(yáng)極本身接地良好，定位柔性陽(yáng)極斷點(diǎn)是目前的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題（見(jiàn)圖2）。

圖1 多回路陰極保護電源

圖2  柔性陽(yáng)極斷點(diǎn)查找現場(chǎng)

從多年經(jīng)驗來(lái)看，區域陰極保護應用成功與否主要取決于輔助陽(yáng)極的選型和布局。通過(guò)對比發(fā)現，在區域陰極保護系統中，深井陽(yáng)極和柔性陽(yáng)極已成為區域性保護輔助陽(yáng)極的主要形式，且效果較好，但柔性陽(yáng)極由于施工量較大，僅適宜新建站場(chǎng)；對于后期增加陰極保護的站場(chǎng)，只要地質(zhì)條件符合要求，應優(yōu)先考慮采用深井陽(yáng)極；分布式淺埋陽(yáng)極或犧牲陽(yáng)極則更適宜于在埋地金屬密集區做熱點(diǎn)保護。

1.4  長(cháng)輸埋地保溫管道的腐蝕控制

原油管道保溫輸送可大幅減少年耗電量和耗油量，但采用防腐保溫層的管道，其外腐蝕問(wèn)題就會(huì )尤為突出。20世紀80年代，我國建成的花格線(xiàn)、中洛、膠青等保溫管道，外腐蝕失效問(wèn)題十分突出，且發(fā)展極快。2000年，花格線(xiàn)年腐蝕穿孔超過(guò)20次，且自1992年以來(lái)呈逐年增長(cháng)的趨勢。

保溫層往往存在屏蔽陰極保護電流的問(wèn)題，一般有兩種情況：一是在地下水位高的區域，水、CO2及陰極保護電流都可以進(jìn)入保溫層，但僅限于保護保溫層破損處的管體，隨著(zhù)深處水膜厚度逐漸減薄，電阻率升高，當電阻率達到108 Ω▪m，保護電流基本不會(huì )到破損點(diǎn)的深處；二是在干濕交替變化環(huán)境，枯水季節時(shí)，外部水流通道失去后，已進(jìn)入保溫層的水與外部土壤電解質(zhì)絕緣，此時(shí)保護電流也無(wú)法進(jìn)入保溫層下的管體。屏蔽易形成自催化的閉塞電池，其腐蝕速度遠遠超過(guò)金屬的自然腐蝕速度（見(jiàn)圖3）。

圖3  保溫層進(jìn)水圖片

雖然標準中對聚氨酯泡沫閉孔率有嚴格要求，但僅限于工廠(chǎng)預制。在管道補口處，保溫層通常采用現場(chǎng)發(fā)泡或預制沫瓦，很難保證施工質(zhì)量。從國內一些保溫管道以及長(cháng)呼線(xiàn)的內外檢測結果來(lái)看，外腐蝕問(wèn)題主要集中在補口位置。2015年至2016年，中石油管道分公司開(kāi)展了保溫管道腐蝕調查和研究，針對保溫層補口進(jìn)水問(wèn)題，設計了管道防腐保溫層補口結構，開(kāi)發(fā)了用于現場(chǎng)修復的聚氨酯保溫層發(fā)泡模具，應用結果表明修復后的防腐保溫層具有較好密封性。同時(shí)還設計了補口處保溫層含水率監測系統，可實(shí)現對保溫層進(jìn)水的快速、準確響應。

2  總結與展望

腐蝕與防護是油氣管道完整性管理的重要組成部分，貫穿管道的全生命周期。雖然我國腐蝕與防護技術(shù)已經(jīng)取得了長(cháng)足的發(fā)展，形成了較為全面的，標準化的技術(shù)體系，但行業(yè)內仍存在一些瓶頸問(wèn)題亟待解決。從當前來(lái)看，腐蝕與防護技術(shù)急需提升以下幾個(gè)方面。

（1）外防腐層和陰極保護是相輔相成的，在材料和方法的選型上應注重兩者的兼容性；

（2）外腐蝕直接評價(jià)應注重對外腐蝕防護系統有效性的整體評估，從單個(gè)缺陷的評價(jià)，提高到對于含缺陷段的腐蝕風(fēng)險的評估；定性的指標也應該逐步定量化，提高檢測與評價(jià)的準確性；

（3）在雜散電流干擾日益復雜的情況下，管道公司應與干擾源側運營(yíng)主體建立有效的溝通機制，做到防治結合，全面管控；

（4）以管道公司或整個(gè)行業(yè)為平臺，建立腐蝕失效數據庫，通過(guò)失效數據的積累，幫助管道運營(yíng)者及時(shí)掌握失效原因和風(fēng)險，做出準確的決策。 

作者簡(jiǎn)介：高強，男，1979年生，高級工程師，2001年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院儲運專(zhuān)業(yè)，現任中國石油管道公司管道處科長(cháng)。 

《管道保護》2017年第4期（總第35期）